一种基于混沌系统的图像加密改进方法
【专利摘要】本发明公开一种基于混沌系统的图像加密改进方法。该方法如下：1）输入原始图像K（）和密钥，并进行XOR运算；2）将变换后的图像运用Arnold映射进行一次置乱，并交换和位置的像素；3）再次进行XOR运算，得到图像G；4）将图像G分解成一维向量Z=，其中每个元素代表像素值。5）连续迭代Lorenz混沌系统，得到3个运算值，i=1,2,…，然后结合向量Z求得加密数据流。则所得加密数据流不仅依赖于Lorenz混沌系统，而且还与图像G有关。6）图像G与加密数据流按照特定的公式进行异或运算，从而得到对应的密文向量c=7）重复1到6，直到迭代轮数达到M为止，此时所输出的图像就是密文图像。本方法是混沌系统图像加密的一种改进方法，具有满意的加密效果，较高的编码效率。
【专利说明】一种基于混沌系统的图像加密改进方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据加密【技术领域】，具体涉及一种基于混沌系统的图像加密改进方法。
【背景技术】
[0002]随着计算机网络通讯技术的飞速发展，越来越多的信息将通过互联网传播，安全高效的保密通信方式已成为研究热点。混沌系统具有许多优良特性，如敏感依赖于初始条件和系统参数，各态经历的遍历性及混合扩散(伸展和折叠)特性等。这些特性正好符合密码系统对混乱和散布特性的要求，因此混沌系统成为构造密码系统的理想选择。
[0003]在这里需要了解两个相关的背景知识:二维Arnold映射置乱和三维Lorenz混沌系统替换。
[0004]I)利用Arnold映射对图像的像素进行置乱。假设图像的大小为，所对应的坐标位置为W=，则应用到图像加密的广义Arnold映射可以定义为:
[0005]其中p，q和迭代数M (加密算法循环次数)作为密钥进行控制，当进行足够多轮的迭代后，图像将具有很好的置乱效果。
[0006]2)利用混沌Lorenz系统进行图像像素值的替代。典型的Lorenz系统可描述为:
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题是提供一种基于混沌系统的图像加密改进方法，使得在保证安全性的情况下，提高编`码效率。
[0008]为了实现发明的目的，本发明采用的技术方案如下:
[0009]本发明提供一种基于混沌系统的图像加密改进方法，包括:
[0010]输入原始图像K ()和密钥，并进行XOR运算；
[0011]将变换后的图像运用Arnold映射进行一次置乱，并交换和位置的像素；
[0012]再次进行XOR运算，得到图像G。将图像G分解成一维向量Z=，其中每个元素代表像素值。连续迭代Lorenz混沌系统，得到3个运算值，i=l, 2，…，然后结合向量Z求得加密数据流。
[0013]则所得加密数据流不仅依赖于Lorenz混沌系统，而且还与图像G有关。其中abs O代表取绝对值，roundO代表四舍五入进行取整，mod O为取模运算。
[0014]图像G与加密数据流按照下面的公式进行异或运算，其中i=l，2，…，代表对Lorenz混沛系统进行第i次迭代，从而得到对应的密文向量C=
[0015]一直进行迭代，直到迭代次数达到M，此时所输出的图像就是密文图像。
[0016]上述技术方案可以看出，本发明具有以下优点:
[0017]I)弥补了传统算法在抵御明文攻击时的缺陷和加密迭代次数过多的不足。
[0018]2)增强了抗破译攻击能力，提高了图像信息传输的安全性。
[0019]3)减少了迭代的次数，具有较高的加密效率，对数据的实时传输起着重大的作用。【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021 ] 图1是本发明的流程示意图；
[0022]图2是加密前的原始图像；
[0023]图3是加密后的图像。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025]本发明提供一种基于混沌系统的图像加密改进方法，使得在保证安全性的情况下，提高编码效率。
[0026]以下结合附图对本发明方案进行详细介绍。
[0027]图2是加密前的原始图像。
[0028]如图2所示，将其作为输入的原始图像，密钥为p=127，q=126, X0=-10.057,y0=0.367，z0=37.369，(i, j) = (N，N)，M=22。
[0029]图2是加密后的图像。
[0030]将输入进行XOR运算；
[0031]将变换后的图像运用Arnold映射进行一次置乱，并交换和位置的像素；
[0032]再次进行XOR运算，得到图像G。将图像G分解成一维向量Z=，其中每个元素代表像素值。连续迭代Lorenz混沌系统，得到3个运算值，i=l, 2，…，然后结合向量Z求得加密数据流。
[0033]则所得加密数据流不仅依赖于Lorenz混沌系统，而且还与图像G有关。其中abs O代表取绝对值，roundO代表四舍五入进行取整，mod O为取模运算。
[0034]图像G与加密数据流按照下面的公式进行异或运算，其中i=l，2，…，代表对Lorenz混沛系统进行第i次迭代，从而得到对应的密文向量C=
[0035]一直进行迭代，直到迭代次数达到M，此时所输出的图像就是密文图像。
[0036]上述技术方案可以看出，本发明技术方案在置乱阶段前面和后面均添加两个简单的异或操作这样在置乱阶段，像素位置的置乱和像素值得替换是同时进行的。同样，在扩散阶段，像素位置的变换也增加了置乱的效果。从而达到在较少的迭代轮数就能取得令人满意的加密效果，缩短加密时间。每轮迭代都会进行位置置乱和像素值的替代。同时，加密数据流的产生以一个链式结构递推进行，即在任意两个像素之间都有关联。可使数据流不但依赖于Lorenz混沌系统， 同时也应该与明文相关。
[0037]以上对本发明实施例所提供的一种基于混沌系统的图像加密改进方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种基于混沌系统的图像加密改进方法，其特征在于: 在置乱阶段前面和后面添加两个简单的异或操作，这样在置乱阶段，像素位置的置乱和像素值得替换是同时进行的。同样，在扩散阶段，像素位置的变换也增加了置乱的效果。从而达到在较少的迭代轮数就能取得令人满意的加密效果，缩短加密时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统的图像加密改进方法，其特征在于: 将变换后的图像运用Arnold映射进行一次置乱，并交换和位置的像素。这样前一轮位置的像素就可以在下一轮迭代中被置乱。可以被看作密钥进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统的图像加密改进方法，其特征在于: 将再次进行XOR运算的图像G分解成一维向量Z=，其中每个元素代表像素值。连续迭代Lorenz混沌系统，得到3个运算值，i=l, 2，…，然后结合向量Z求得加密数据流。则所得加密数据流不仅依赖于Lorenz混沌系统，而且还与图像G有关。
4.根据权利要求3所述的一种基于混沌系统的图像加密改进方法，其特征在于: 将图像G与加密数据流按照规定的公式进行异或运算，从而得到对应的密文向量C=。
5.根据权利要求1到权利要求4所述的一种基于混沌系统的图像加密改进方法，其特征在于: 当迭代轮数达到M时，此时所 输出的图像就是密文图像。
【文档编号】H04N1/32GK103780794SQ201310695805
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月17日 优先权日:2013年12月17日
【发明者】刘海亮, 张承美, 罗笑南, 杨艾琳, 苏航 申请人:中山大学深圳研究院